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Kieselsäure

Was ist Kieselsäure?

Die Kieselsäure ist ein Produkt aus der Reaktion zwischen Silicium (Symbol Si, Ordnungszahl 14, Atommasse 28 g/mol ) und Wasser. Neben Sauerstoff hat Silicium den größten Anteil (27,7 %) an der Erdkruste. Silicium ist unter Normbedingungen ein festes, grau-schwarzer Stoff und gehört zu den Halbmetallen.

In welcher Form kommt Kieselsäure in der Erdkruste vor?

Silicium kommt in der Erdkruste als Quarzkristalle, Silicate und Tonmineralien vor. Durch Verwitterung entsteht Siliciumdioxid (SiO2). Mithilfe von Wasser geht das Siliciumdioxid eine chemische Reaktion ein und es entsteht die Monokieselsäure (Si(OH)4). Am pH-Wert lässt sich erkennen, dass es sich um eine schwache Säure handelt, denn der liegt bei pH 6,4.

Wie gelangt Kieselsäure ins Wasser und in welcher Konzentration liegt es dort vor?

Da Siliciumverbindungen einen sehr großen Anteil an der Erdkruste besitzen und in vielen verschiedenen Mineralien vorkommen, sind natürliche Wässer fast ununterbrochen mit Siliciumverbindungen in Kontakt. Siliciumdioxid löst sich durch Verwitterungsprozesse aus dem Gestein und gelangt in das Wasser. Aus Vulkangestein kann über längere Zeiträume hinweg große Mengen an Siliciumdioxid gelöst werden, daher kann Grundwasser in Gebieten mit starker vulkanischer Aktivität (z.B. Teile von Mittelamerika, Chile, Japan) hohe Konzentrationen an Kieselsäure enthalten.

Die Konzentrationen der Kieselsäure im Wasser schwanken und haben keinen charakteristischen Wert.

Typische Bereiche sind aber:

Je nachdem aus welcher Tiefe die Proben stammen, können die Konzentrationen steigen.

Welche Rolle spiel Kieselsäure in der Wasseraufbereitung?

Kieselsäure wird bei der Trinkwasseraufbereitung meist wenig beachtet, da sie gesundheitlich unbedenklich ist. Auch für die Erstellung der Ionenbilanz zur Auslegung von Umkehrosmoseanlagen wird sie nicht zwingend benötigt, da sie im neutralen pH-Bereich praktisch nicht dissoziiert vorliegt.

Allerdings ist gerade diese fehlende Dissoziation bei der Aufbereitung von Kesselspeisewasser problematisch, denn die Konzentration an Kieselsäure steigt im Ablauf eines Ionenaustauschers schon an, bevor durch einen Anstieg der Leitfähigkeit im Ablauf die Erschöpfung des Harzbettes angezeigt wird. Dieser Effekt wird als Kieselsäureschlupf bezeichnet. Da gerade Dampfkraftwerke nur mit sehr geringen Siliciumdioxid-Konzentrationen betrieben werden dürfen, um die Bildung von Belägen auf der Turbine zu vermeiden, wird in manchen Fällen eine aufwendige Onlinemessung für Kieselsäure eingesetzt, um den Anstieg der Konzentration rechtzeitig zu detektieren.

In Regionen mit starker vulkanischer Aktivität und dementsprechend hohen Konzentrationen an Kieselsäure im Grundwasser ist Scaling durch Kieselsäure ein großes Problem beim Betrieb von Umkehrosmose-Anlagen. Bei einem neutralen pH-Wert und einer Temperatur von 15 – 20 °C beträgt die Löslichkeit von Kieselsäure ca. 100 mg/l. Dieser Wert kann im Konzentrat einer Umkehrosmose durch die Aufkonzentrierung um einen Faktor von 4 - 5 schnell überschritten werden, sodass die Kieselsäure ausfällt und Beläge auf der Membran bildet. Hier ist es erforderlich, spezifisch auf Kieselsäure zugeschnittenes Antiscalant zu verwenden, um einem irreversiblen Scaling vorzubeugen.

Mit Erhöhung der Temperatur nimmt die Löslichkeit der Kieselsäure rasch zu, so liegt die Löslichkeit bei 60 °C schon über 200 mg/l. Daher sollte die Reinigung von UO-Membranen im Fall von hohen Konzentrationen an Kieselsäure immer bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden.

Herco bietet hierzu manuelle Reinigungsanlagen (MRA) mit integrierter Heizung an.

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